成都理工油層物理市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、油層物理課件成都理工大學(xué)能源學(xué)院第1頁第1頁第四章巖石特殊物理性質(zhì) 第2頁第2頁第一節(jié) 地層條件下孔隙度 一、概念油田開發(fā)前，產(chǎn)層上覆巖石和流體自重所產(chǎn)生應(yīng)力（外壓）、產(chǎn)層中流體壓力（孔隙內(nèi)壓）以及巖石骨架所承受壓力（外壓與內(nèi)壓差值）處于平衡狀態(tài)。油田投入開發(fā)后，伴隨產(chǎn)層中流體被采出，油層壓力不斷下降，平衡遭到破壞，從而使外壓與內(nèi)壓差值（壓差有效應(yīng)力）變大。第3頁第3頁 孔隙體積減少（VP）與地層巖石體積大小或試驗(yàn)巖樣外表總體積（VT）大小、地層壓力減少幅度（P）以及巖石本身彈性壓縮系數(shù)Cf相關(guān)：上式可改寫成： 式中,Cf巖石壓縮系數(shù)，10-4MPa-1； VT巖石總體積，cm3； VP油層壓

2、力減少P時(shí)，孔隙體積減小值，cm3。第4頁第4頁 當(dāng)油層壓力每減少單位壓力時(shí)，單位體積巖石中孔隙體積減小值。 因此，巖石壓縮系數(shù)大小，表示巖石彈性驅(qū)油能力大小，又稱為巖石彈性壓縮系數(shù)。 常規(guī)巖石孔隙度可通過測定巖石壓縮系數(shù)CP，采用公式 即可將試驗(yàn)室條件下所測孔隙度值轉(zhuǎn)換為地層條件下孔隙度。 在用物質(zhì)平衡辦法計(jì)算儲量時(shí)要用到孔隙體積壓縮系數(shù)，尤其是對于不飽和油藏，這個(gè)系數(shù)愈加主要。第5頁第5頁二、試驗(yàn)室測定辦法1.測定裝置圖4-1-1 單軸壓縮儀按加載方式不同，試驗(yàn)室?guī)r石壓縮系數(shù)測定有三種裝置：單向壓縮儀、三軸壓縮儀和流體靜力壓縮儀。1）單向壓縮儀（圖4-1-1）這種加載方式與地層巖石受壓情況

3、非常相同：巖石只在垂向上發(fā)生形變，橫向形變趨于零。因此，該裝置可直接測量對應(yīng)地層有效上覆壓力下巖石壓縮性。 第6頁第6頁圖4-1-2 三軸壓縮儀2）三軸壓縮儀（圖4-1-2）三軸壓縮儀可依據(jù)需要任意控制垂向壓力和橫向壓力，以模擬各種不同承壓條件（見圖）。 三軸壓縮儀可直接準(zhǔn)確測量巖石在地層條件下壓縮，并可計(jì)算巖石泊松比。但試驗(yàn)程序、控制較復(fù)雜，對巖樣形狀要求很高，難以作大量樣品測量。 第7頁第7頁3）流體靜力壓縮儀（圖4-1-3）流體靜力壓縮儀是采取靜水壓力加載（如圖4-1-3），各方向受到相同壓力作用，這與在上覆地層壓力下垂向上產(chǎn)生形變、橫向形變趨于零情況不同。因此測量值要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才干與上述

4、方法進(jìn)行對比。這是當(dāng)前應(yīng)用廣泛試驗(yàn)裝置。圖4-1-3 流體靜力壓縮儀 三軸壓縮儀第8頁第8頁 上述三種裝置，孔壓流體都是用液體（鹽水），孔隙體積改變量是通過測試時(shí)從巖心中排出液體體積來反應(yīng)，而普通試驗(yàn)時(shí)從巖心中排出流體體積量比較少，因此對計(jì)量裝置計(jì)量精度要求很高。 第9頁第9頁圖4-1-4 孔隙體積改變裝置4）氦氣孔隙體積壓縮儀（圖4-1-4）裝置如圖所表示。它主要由圍壓系統(tǒng)、巖心室、準(zhǔn)確標(biāo)定微量泵、氣源、壓力控制、調(diào)整裝置幾部分構(gòu)成。這種辦法測出孔隙體積改變，與同樣條件下液體飽和法測出孔隙體積改變基本一致。這種辦法主要長處是：壓力平衡時(shí)間短，測量快速；巖石不接觸液體，也不存在與礦物發(fā)生反應(yīng)對

5、孔隙體積測量影響。 第10頁第10頁 另外，在引進(jìn)英國羅伯遜公司常規(guī)氦氣孔隙度儀基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并改裝了能提供50MPa有效上覆壓力巖石氦氣孔隙體積壓縮系數(shù)、滲入率測定儀（見圖4-1-5）。 該儀器由原則容器、上覆壓力源、控制顯示單元、孔隙壓力源、高壓巖心室及相關(guān)管匯構(gòu)成。它可提供50MPa有效上覆壓力作恒定孔隙壓力下孔隙度和孔隙體積壓縮系數(shù)測定，且操作簡樸，測試準(zhǔn)確可靠。圖4-1-5 有效應(yīng)力氦氣巖石孔隙體積壓縮、孔隙度測定裝置第11頁第11頁2.有效上覆壓力計(jì)算：不同地域有效上覆壓力計(jì)算可依據(jù)下式：式中，P有效上覆壓力，MPa； D巖心實(shí)際深度，m； 上覆巖石平均密度，g/cm3；PL孔隙壓力

6、，MPa。第12頁第12頁3.試驗(yàn)測定辦法試驗(yàn)室測定普通用長度56cm，直徑2.5cm巖心，先用有機(jī)溶劑冼凈烘干，套上熱縮管，然后放在夾持器內(nèi)，以1.4MPa環(huán)壓密封巖心。用氦氣法測定巖樣孔隙體積及孔隙度，然后抽空飽和鹽水。 1）巖心烘干，測定孔隙度； 2）巖心抽空飽和水； 3）巖心周圍施加密封壓力，然后升溫至油藏溫度，恒溫至少1小時(shí)，然后按選定壓力間隔，逐步提升環(huán)壓至設(shè)計(jì)有效上覆壓力，統(tǒng)計(jì)相應(yīng)壓力點(diǎn)所擠壓出水體積，將此值與上覆壓力做圖。 第13頁第13頁圖4-1-8和表4-1-1表示有效上覆壓力和孔隙度與孔隙體積壓縮系數(shù)間關(guān)系。從圖表中能夠看到：原始孔隙度小壓縮系數(shù)大，原始孔隙度大壓縮系數(shù)小

7、，因而對于低滲入油氣田更應(yīng)當(dāng)開展此項(xiàng)試驗(yàn)工作。 圖4-1-8 孔隙體積壓縮系數(shù)與有效上覆壓力及孔隙度關(guān)系=4.6% =7.1% =11.0%0 7.0 14.0 21.0 28.0 35.0有效上覆壓力（MPa）孔隙體積壓縮系數(shù)（10-6）第14頁第14頁表4-1-1 巖石孔隙體積壓縮系數(shù)測定數(shù)據(jù)表樣品號有效上覆壓力（MPa）孔隙體積（cm3）巖石體積(cm3)孔隙度（%）孔隙體積壓縮系數(shù)（10-4MPa-1）實(shí)測值換成單軸應(yīng)力狀態(tài)值 A1.365.9978.727.66.525.9378.667.520.5812.5512.635.8678.597.518.9611.5718.505.807

8、8.537.414.859.0625.095.7478.477.313.388.1631.355.7078.437.312.207.4437.955.6578.387.210.886.6344.615.6178.347.29.705.9251.445.5878.317.14.265.29B1.362.1658.003.76.522.1357.973.743.2226.319.262.0957.933.642.7826.1714.102.0457.883.542.4825.8720.111.9957.833.435.4321.6126.991.9557.793.429.9918.2334.151

9、.9157.753.324.8415.1442.051.8857.713.318.6611.3948.641.8657.683.212.357.5355.521.8557.673.23.231.97第15頁第15頁第二節(jié) 地層條件下滲入率 一、地層條件下滲入率 巖石滲入率是地應(yīng)力函數(shù)，相對于孔隙度，滲入率隨埋藏深度增長而減小程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出孔隙度改變。模擬地層條件下巖石滲入率測定是依據(jù)巖樣所處深度計(jì)算有效應(yīng)力值，在巖心周圍施加這一壓力和溫度，然后采用常規(guī)滲入率測定辦法進(jìn)行測定。資料整理普通能夠采用地面條件下測定滲入率K與地層條件下測定滲入率K比值來衡量滲入率改變：第16頁第16頁二、壓力和溫度對滲

10、入率影響 懷特等人用純凈干燥砂巖樣品作壓實(shí)試驗(yàn)，測得Ki/K（Ki為當(dāng)前壓力下滲入率，K為起點(diǎn)壓力下滲入率）與上覆有效應(yīng)力p關(guān)系，得到如圖4-2-1所表示結(jié)果。從圖中不難看出，當(dāng)作用于巖樣上壓力越大時(shí)，滲入率相應(yīng)減小，當(dāng)壓力超出某一數(shù)值（20MPa）時(shí)，滲入率K就急劇下降。對泥質(zhì)砂巖，滲入率減小得更厲害，甚至降為零。 有效上覆壓力（MPa）圖4-2-1 滲入率減少與有效上覆壓力關(guān)系曲線A 膠結(jié)砂巖 B 易碎（疏松）砂巖 C 未膠結(jié)砂巖初始滲入率（小數(shù)）第17頁第17頁不同巖石因?yàn)榱６群徒M成，尤其是泥質(zhì)含量差異，其滲透率隨壓力增加而下降幅度各不相同。純石英砂巖（圖4-2-2中17號樣品），在30

11、MPa圍限應(yīng)力下，滲透率下降了大約17%；而泥質(zhì)砂巖（圖4-2-2中16號樣品），在30MPa圍限應(yīng)力下， 圖4-2-2 滲入率隨有效應(yīng)力增長而減少圍限壓力MPa滲入率減少%第18頁第18頁 滲入率可下降78%86%；長石砂巖或石英長石砂巖則居中間位置。 從圖4-2-2中還能夠注意到，滲入率在10MPa以前圍限應(yīng)力下，其下降幅度很陡，而在10MPa以后，趨于平緩，甚至基本不變。 總之，壓力、溫度升高，總是使巖石滲入率減少。因此，研究巖石滲入率，則更應(yīng)當(dāng)研究和測定巖石在地層條件下滲入率，以反應(yīng)巖石在地下真實(shí)面目。 第19頁第19頁第三節(jié) 有效應(yīng)力下孔喉大小分布 突破壓力是在油氣運(yùn)移定量計(jì)算中關(guān)鍵

12、參數(shù)之一。尤其是二次運(yùn)移和油氣柱定量計(jì)算中，都使用了突破壓力這一關(guān)鍵參數(shù)。 但是，伴隨對突破壓力研究進(jìn)一步，對試驗(yàn)室測試技術(shù)要求也越來越高。當(dāng)前四周進(jìn)汞壓汞技術(shù)并不符合地層中油氣流動(dòng)實(shí)際情況，所測得是“視孔喉分布”，采用排驅(qū)壓力作為二次運(yùn)移和油氣柱定量計(jì)算顯然也是不適當(dāng)。假如將樣品側(cè)面和一個(gè)端面用塑料封住，則可形成單向進(jìn)汞，使之更靠近油氣流動(dòng)實(shí)際情況。此時(shí)，測得壓汞曲線就會有明顯差別。第20頁第20頁1.測試儀器 成都理工大學(xué)設(shè)計(jì)研制了測定巖石在地層條件下突破壓力水平單向流動(dòng)壓汞儀（圖4-3-1）。 圖4-3-1 有效應(yīng)力下水平單向流動(dòng)壓汞儀第21頁第21頁 儀器主要由提供注入壓力高壓注入計(jì)量

13、汞、隔離裝置、水銀計(jì)量和壓力顯示單元（A）提供上覆有效應(yīng)力高壓泵及高壓顯示單元（B），能承受70MPa上覆應(yīng)力高壓進(jìn)汞巖芯室（D）及判斷水銀突破電子顯示單元和真空系統(tǒng)（C）等部分構(gòu)成。地層壓力條件下孔分布測定包括： （1）地層條件下孔隙度測定； （2）地層條件下孔分布測定。第22頁第22頁2.資料解釋應(yīng)用 圖4-3-2是兩塊不同孔隙結(jié)構(gòu)特性巖芯實(shí)測毛細(xì)管壓力水銀飽和度關(guān)系曲線。其中a為溶孔十分發(fā)育白云巖，b為常規(guī)砂巖。 圖4-3-2 不同孔隙介質(zhì)毛管壓力曲線第23頁第23頁 圖中A點(diǎn)為水銀突破點(diǎn)，它所相應(yīng)壓力叫做突破壓力。它是水銀進(jìn)入巖芯并突破巖芯時(shí)所需最小壓力。由于巖芯處于有效應(yīng)力，并模擬了

14、地層情況下烴類物質(zhì)作單向運(yùn)移實(shí)際情況，故稱為有效應(yīng)力真實(shí)突破壓力。 第24頁第24頁 圖中A點(diǎn)叫做水銀二次突破，它反應(yīng)了烴類物質(zhì)突破基質(zhì)孔隙系統(tǒng)所需最小驅(qū)動(dòng)力，其相應(yīng)毛細(xì)管壓力被稱為二次突破壓力。出現(xiàn)兩次突破是雙重孔隙介質(zhì)系統(tǒng)特性。對于雙重孔隙介質(zhì)而言，A點(diǎn)稱為一次突破點(diǎn)，一次突破壓力反應(yīng)了次生孔隙空間被水銀突破時(shí)所需最小毛細(xì)管驅(qū)動(dòng)力，其進(jìn)汞量反應(yīng)了在有效應(yīng)下次生孔隙空間容積大小，它與地層情況下巖芯體積之比，叫做該巖芯次生孔隙度。 地層條件下水平單向流動(dòng)壓汞曲線其它特性值與常規(guī)壓汞確實(shí)定辦法一致。 第25頁第25頁3.毛管壓力曲線特性地層條件下水平單向流動(dòng)壓汞得到注入曲線位于常規(guī)壓汞曲線上方并

15、普遍向上抬起，它反應(yīng)了巖石孔隙空間在上覆壓力作用下縮?。ㄒ妶D4-3-3）。圖4-3-3 有效應(yīng)力下單向流動(dòng)壓汞和常規(guī)壓汞孔喉大小分布和滲入率奉獻(xiàn)圖改變幅度最大是排驅(qū)壓力，另一方面是飽和度中值壓力和最小非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)，這是溫、壓對孔隙結(jié)構(gòu)影響所造成。 第26頁第26頁第四節(jié) 地層巖石電阻率 一、電阻率1.概念 一個(gè)物質(zhì)電阻是指該物質(zhì)制止電流通過能力。 通常，干燥儲集油氣層巖石是不導(dǎo)電。當(dāng)儲層巖石孔隙中充斥（或部份充斥）了地層水時(shí)，巖層就變成導(dǎo)電。地層水之因此有導(dǎo)電能力，是由于水中溶解了鹽分。鹽在水中會電離出正離子和負(fù)離子，在電場作用下，離子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，從而傳導(dǎo)了電流。顯然，地層水中鹽濃度愈大

16、，則地層傳導(dǎo)電流能力愈強(qiáng)，電阻則愈小。第27頁第27頁 泥質(zhì)（指粘土礦物及其束縛和吸附水）也使地層含有導(dǎo)電性。泥質(zhì)顆粒表面導(dǎo)電性大小取決于泥質(zhì)成份、含量與分布情況，以及地層水組分和相對含量。 電阻率是描述物質(zhì)中電荷遷移難易程度物理量，它是邊長為1M立方體物質(zhì)電阻。 在物理學(xué)中，導(dǎo)體電阻可用下列公式表示： 式中，R導(dǎo)體電阻，歐姆； L導(dǎo)體長度，米； A導(dǎo)體橫截面積，平方米； 第28頁第28頁為導(dǎo)體電阻率，它描述導(dǎo)體物理物質(zhì)，即是說，長度、直徑同樣導(dǎo)體，其電阻大小取決于導(dǎo)體材料構(gòu)成，只與材料相關(guān)。對上式變形后可得到： 式中，A、L是導(dǎo)體外觀幾何尺寸，試驗(yàn)室測定巖石電阻率，通常是在室溫和近似1個(gè)大氣

17、壓條件下測定。為了使測定結(jié)果能反應(yīng)地層實(shí)際，測試必須在油層溫度和上覆壓力下進(jìn)行。 第29頁第29頁LeaAL圖4-1-1 電阻率測試孔隙介質(zhì)模型 100%含鹽水飽和度巖樣電阻率Ro正比于地層水電阻率Rw，反比于含水總量（即孔隙度），正比于巖樣迂曲度Le / L，如圖4-1-1所表示。即 式中，Le巖樣內(nèi)孔隙長度；L巖樣長度。第30頁第30頁 2.電阻率測定裝置 試驗(yàn)室有各種測量巖石電阻率裝置。測試時(shí)需要測定巖石外觀幾何尺寸、巖石內(nèi)流體飽和度，飽含在巖石孔隙中水電阻率。 圖4-1-2是一個(gè)簡樸電阻率測定裝置示意圖。把被測巖樣緊夾在兩個(gè)電極A、B之間，測量通過電極A（B）流經(jīng)巖樣至B（A）時(shí)電流和

18、電極C、D之間電壓。ABCD圖4-1-2 測定巖石電阻率裝置示意圖第31頁第31頁用歐姆定律計(jì)算出樣品電阻：用下式計(jì)算電阻率R：式中，U電壓降，伏； I電流，安培； r電阻，歐姆； A樣品橫截面積，平方米； L電極B和C之間距離，米。第32頁第32頁 3.巖電參數(shù) 1）地層電阻率因子“F”地層電阻率因子F（或稱地層因子）,是100%鹽水飽和巖樣電阻率與地層水電阻率之比值。它是研究地層電性最基本參數(shù) 第33頁第33頁 式中F為地層因子，為孔隙度，m為膠結(jié)指數(shù)或孔隙度指數(shù)，m是在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上地層因子F與孔隙度直線關(guān)系斜率。常溫、常壓下，m理論值為1到2，對膠結(jié)砂巖，m也許在1.8到2.0之間，非

19、膠結(jié)潔凈砂巖m為1.3左右。 通常人們也把地層因子寫成另一個(gè)普遍使用關(guān)系式：Archie表示式為此時(shí)a是F和在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上截距，它是迂曲度函數(shù)。第34頁第34頁 通常上述試驗(yàn)是在室溫條件下進(jìn)行，沒有上覆壓力和溫度，因而求得孔隙度與地層因子關(guān)系圖也是在沒有上覆壓力、溫度條件下圖和值。 然而，上覆壓力、溫度確實(shí)能夠改變電阻率和孔隙度。普通情況下，上覆壓力增長電阻率有較大增長，而溫度增長則使電阻率大幅度減少。尤其是膠結(jié)差巖樣和低孔隙度巖樣，其孔隙度隨上覆壓力增長而減少。必需考慮上覆壓力、溫度對孔隙度和電阻率影響。第35頁第35頁 2）電阻率指數(shù) 電阻率指數(shù)定義為任意油（氣）、水飽和度時(shí)巖樣電阻率R

20、t與百分之百飽和水時(shí)巖樣電阻率Ro之比值。由于油和氣是不導(dǎo)電，因此它出現(xiàn)，將減少電流導(dǎo)電能力，從而增長電阻率，也就是隨油（氣）飽和度增長，巖石電阻率也將增長。即： 式中，Rt含有某一油（氣）、水飽和度時(shí)巖樣電阻率； Ro百分之百水飽和度時(shí)巖樣電阻率； Sw巖樣含水飽和度； n飽和度指數(shù)從上式中能夠看出，電阻率指數(shù)是水飽和度函數(shù)，當(dāng)然它也是孔隙結(jié)構(gòu)函數(shù)。 第36頁第36頁 試驗(yàn)室測定不同含水飽和度下電阻率，最少應(yīng)在3個(gè)不同飽和度值下測定，最好能測5個(gè)或5個(gè)以上不同飽和度值下電阻率，用I和水飽和度Sw作圖，這么就能夠得到該巖樣飽和度指數(shù)n。 依據(jù)100%飽和水電阻率和不同水飽和度電阻率測定結(jié)果則可

21、從電測資料上確定油層含水飽和度：式中符號同前。第37頁第37頁第五節(jié) 儲層巖石敏感性 伴隨對儲層研究進(jìn)一步進(jìn)一步，除了進(jìn)行常規(guī)孔、滲、飽、孔隙結(jié)構(gòu)等研究外，還必須對儲層巖心進(jìn)行敏感性評價(jià)，以擬定儲層與入井工作液接觸時(shí)，也許產(chǎn)生潛在危險(xiǎn)以及對儲層也許造成傷害程度。 由于各種敏感性多來自于砂巖中粘土礦物，因此，它們礦物構(gòu)成、含量、分布以及在孔隙中產(chǎn)出狀態(tài)等將直接影響儲層各種敏感性，因此先簡樸討論巖石膠結(jié)物和膠結(jié)類型，再討論膠結(jié)物中各種敏感礦物及研究敏感性辦法。 第38頁第38頁一、膠結(jié)物及膠結(jié)類型 膠結(jié)物出現(xiàn)總是使儲集物性變差，并且，儲集物性隨膠結(jié)物含量增長而變差。膠結(jié)物成份可分為泥質(zhì)、鈣質(zhì)（灰質(zhì)

22、）、硫酸鹽、硅質(zhì)和鐵質(zhì)，而常見是泥質(zhì)和灰質(zhì)。 膠結(jié)物含量、膠結(jié)類型直接影響巖石儲集物性，但就儲層敏感性而言，則是受膠結(jié)物中所含敏感礦物類型、含量以及在孔隙中產(chǎn)狀影響。 第39頁第39頁二、油氣儲層損害潛在原因粘土礦物 油氣層中不同程度地含有粘土礦物，當(dāng)粘土礦物含量在15%時(shí)，則是很好油氣層，粘土礦物含量超出10%，普通為較差油氣層。油氣層中粘土礦物類型、數(shù)量、分布，以及在孔隙中所處位置，不但對儲層巖石儲滲條件及儲層評價(jià)有顯著控制作用，而且對控制傷害油氣層也含有十分主要意義。相關(guān)文件報(bào)道，由粘土礦物造成對油氣層傷害，有時(shí)可使產(chǎn)量下降70%。因此，在鉆開油層，完井、注水、增產(chǎn)辦法之前，必須對儲層所

23、含粘土礦物進(jìn)行分析研究。 第40頁第40頁1.儲層中粘土礦物 碎屑巖中粘土礦物有他生及自生因兩種類型。他生成因粘土礦物是沉積作用以前形成，在沉積場合與砂?；祀s在一起同時(shí)沉積。 自生粘土礦物是沉積以后發(fā)育，包括新生及再生兩種形式，自生粘土礦物在碎屑巖中有下列產(chǎn)狀：即孔隙襯里、孔隙充填（包括裂隙充填）及假晶交代。第41頁第41頁 以孔隙襯里（或顆粒表面包被）形式存在粘土礦物，對油氣層滲入率影響十分嚴(yán)重。而以孔隙充填形式存在粘土（如高嶺石）礦物，它可聚結(jié)成一定粒度顆粒，也能夠被搬運(yùn)，在流體高流速或壓力激勵(lì)作用下，它能夠運(yùn)移而堵塞喉道。另外，粘土礦物因處于顆粒或孔隙表面，易受外來液體作用發(fā)生水化、溶解

24、等，并且粘土常含有很高比表面積，因此，當(dāng)其與各種入侵流體發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)速度不久并且強(qiáng)烈，對地層滲入率影響不容忽略。第42頁第42頁1）常見粘土礦物類型、特性及對油氣層影響 儲層中常見粘土礦物有：高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石、伊/蒙混層及綠/蒙混層。（1）高嶺石 高嶺石粒較大，在顆粒表面附著不緊，因此，它是油氣層中產(chǎn)生顆粒運(yùn)移基礎(chǔ)物質(zhì)之一。當(dāng)外來流體或油氣層中流體以較大流速流經(jīng)孔隙通道，產(chǎn)生較大剪切力時(shí)，疏松含有一定粒度高嶺石或伴隨流體在孔道中發(fā)生移動(dòng)，在喉道處形成堵塞。 第43頁第43頁（2）蒙皂石 蒙皂石是水敏性粘土，包括蒙脫石、綠脫石、皂石和混層粘土礦物，這些粘土礦物在結(jié)構(gòu)上與

25、水云母粘土礦物相同，但鍵合力較弱，多埋藏在淺層。蒙皂石晶體細(xì)小，單晶形態(tài)為卷曲片狀、集合體呈花瓣?duì)睢⒎涓C狀。砂巖中自生蒙皂石常作為碎屑顆粒包膜，呈櫛殼狀圍繞顆粒生長，或作為孔隙襯里產(chǎn)出。遇水后有較高膨脹性能。 第44頁第44頁 也許產(chǎn)生潛在損害主要原因是：該類粘土含有較高親水性；蒙皂石包膜膨脹時(shí)變得疏松可移動(dòng)；蒙皂含有非常高比表面。因此，如有相對較淡水侵入巖石孔隙，使粘土發(fā)生膨脹而縮小甚至封閉孔隙喉道，造成滲入率大幅度下降。高含鈉蒙皂石能夠膨脹610倍（相對原始體積而言），巖石本來表面包膜被這種膨脹作用破壞；并且當(dāng)粘土顆粒從巖石表面脫落而在孔道中移動(dòng)時(shí)，則也許對地層造成進(jìn)一步損害。由于該族粘土

26、有高比表面和強(qiáng)親水性，進(jìn)而發(fā)生高吸水膨脹和飽和水不可逆性等，致使形成假水層，可造成電測產(chǎn)生錯(cuò)誤解釋。 第45頁第45頁（3）伊利石 伊利石與蒙脫石結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別是遇水后沒有晶層擴(kuò)張。伊利石晶體細(xì)小。掃描電鏡下常為不規(guī)則片狀，自生常有尖刺，甚至構(gòu)成帚狀、糧秣狀、板條狀等，常呈顆粒包膜及孔隙橋塞。 伊利石對水有一定敏感性，含有一定膨脹分散性。它可使油層孔道直徑縮小，把水封閉起來形成高不可逆水飽和。伊利石亦也許在孔隙中生成毛發(fā)狀結(jié)晶，這種結(jié)晶對油層滲入率影響相稱嚴(yán)重。當(dāng)存在淡水時(shí)，纖維狀伊利石匯集物也許進(jìn)一步分散而減少滲入率；若在開采前這些毛發(fā)狀伊利石不能被溶解掉，當(dāng)有液體流動(dòng)時(shí)，就也許受剪切沖擊碎

27、斷而落入孔隙形成堵塞物。 第46頁第46頁（4）綠泥石 在儲集巖中，綠泥石多為自生成因，呈六方薄片狀自形晶，互相交叉，或圍繞砂巖中碎屑顆粒呈櫛殼環(huán)邊生長，或作為孔隙襯里附于孔隙壁上。綠泥石是在富含鎂和鐵離子環(huán)境中生成粘土礦物，它對酸比較敏感。當(dāng)其在酸中浸泡時(shí)，它被溶解，鐵被釋放出來。當(dāng)酸耗盡或其它低酸性溶劑進(jìn)入，則形成Fe（OH）3凝膠物。這種Fe（OH）3是一個(gè)片狀結(jié)晶，通常它體積要比喉道大，因此經(jīng)常堵塞喉道。 第47頁第47頁5）伊/蒙混層和綠/蒙混層 它們是儲集巖中常見兩類混層粘土礦物。其化學(xué)組成份別介于伊利石、蒙皂石之間和綠泥石、蒙皂石之間。這兩類混層粘土礦物均含有膨脹層，即蒙皂層，因

28、而含有與蒙皂石類似膨脹性。膨脹率隨混層中蒙皂石層含量不同而對應(yīng)改變。另外，混層綠泥石/蒙皂石也含有與綠泥石類似酸敏性，敏感程度一樣決定于綠泥石層含量。 掃描電鏡下，混層伊利石/蒙皂石呈不規(guī)則片狀，略有卷曲，常作為碎屑顆粒包膜和孔隙襯里產(chǎn)出，亦可作為孔隙充填物形式出現(xiàn)，也可形成橋塞。 第48頁第48頁礦物名稱位置形狀晶體大小高嶺石孔隙充填書本堆集書本長度有改變，能夠是蠕蟲狀，通常從1m到20m，也可更大綠泥石顆粒包膜假六方晶片互相交叉每片直徑由1m到10m伊利石顆粒包膜孔隙橋塞糧秣狀、板條狀、針狀單獨(dú)晶體，通常為長度1m到1020m，板條或針狀蒙皂石及伊/蒙混層顆粒包膜孔隙橋塞糧秣狀、火焰狀、蜂

29、窩狀、顆粒包膜不易區(qū)別單獨(dú)晶體表4-5-1 自生粘土礦物習(xí)性 依據(jù)粘土礦物學(xué)，SEPM短期講座NO.22教材，E.Eslinger及D.Pevear編，（1988）自生粘土礦物位置、形狀及晶體大小等見表4-5-1。第49頁第49頁粘土礦物也許引起問題不配伍系統(tǒng)配伍系統(tǒng)消除辦法蒙皂石膨脹淡水KCl，油基酸化 HCl/HF混層伊/蒙膨脹淡水KCl，油基酸化 HCl/HF伊利石微孔隙淡水KCl，油基酸化 HCl/HF高嶺石微粒運(yùn)移高流速低流速粘土穩(wěn)定劑綠泥石鐵沉淀富氧，pH高于3.5HCl，加有機(jī)酸用HCl/HF有機(jī)酸酸化依據(jù)Almon and Davics（1981） 各類粘土礦物對油層損害情況及

30、相應(yīng)消除辦法見表4-5-2。表4-5-2 不同粘土礦物引發(fā)地層損害情況及消除辦法簡表第50頁第50頁2）粘土礦物產(chǎn)狀 儲層中粘土礦物產(chǎn)狀及分布特點(diǎn)與沉積物母巖、沉積環(huán)境、水動(dòng)力條件有密切關(guān)系。產(chǎn)狀不同，對流體流動(dòng)影響也不相同。依據(jù)電鏡掃描，按對滲流影響由小到大次序，可將粘土礦物產(chǎn)狀分為以下幾個(gè)類型（圖4-5-1）。 圖4-5-1 砂巖中粘土礦物產(chǎn)狀（據(jù)何更生油層物理）a斑點(diǎn)式 b薄膜式 c橋式第51頁第51頁 a.斑點(diǎn)式 普通多為高嶺石和少許針狀云母、蒙脫石等。像“補(bǔ)丁”同樣不連續(xù)地附在孔隙壁或充填在孔隙之間，使孔道變窄。（圖4-5-1.a）。 b.薄膜式 這種粘土礦物主要有伊利石、綠泥石、蒙

31、脫石等。它們顆粒較小，排列規(guī)則，圍繞顆粒或孔隙邊沿呈環(huán)帶薄膜生長，使通道變窄，對流體流動(dòng)有一定影響（圖4-5-1.b）。第52頁第52頁 c.橋式 這種粘土礦物多為綠泥石、伊利石（水云母）。呈纖維狀、針狀在顆粒之間延伸，有時(shí)兩邊粘土礦物還連結(jié)起來，像“橋”同樣橫跨孔隙空間。孔隙空間內(nèi)又形成諸多微孔隙，使流體在孔隙內(nèi)迂回流動(dòng)，因而嚴(yán)重影響流體滲流。 除上述主要產(chǎn)狀外，其它尚有高嶺石疊片狀，伊/蒙混層絮凝狀等，并且?guī)追N粘土礦物產(chǎn)狀類型也不是單一出現(xiàn)，有時(shí)是以某種類型為主，有時(shí)是幾種類型共存。第53頁第53頁三、儲層敏感性評價(jià)辦法 儲層敏感性評價(jià)是系統(tǒng)評價(jià)地層損害主要構(gòu)成部分，系統(tǒng)評價(jià)是一個(gè)完整體系

32、，它包括巖石學(xué)分析、常規(guī)巖心分析、特殊巖心分析以及巖心流動(dòng)試驗(yàn)等（圖4-5-2）。 圖4-5-2 儲層損害評價(jià)程序框圖第54頁第54頁 系統(tǒng)評價(jià)首先是通過巖相分析、常規(guī)巖心分析理解儲層巖性、礦物構(gòu)成、膠結(jié)物成份、粘土含量、類型、巖心孔隙度、滲入率、孔喉分布等，以研究儲層也許潛在損害原因。但是，巖礦分析并不能給出造成損害強(qiáng)弱定量數(shù)值。因此，通過巖心流動(dòng)試驗(yàn)，則可找出儲層與外來流體接觸時(shí)也許產(chǎn)生速敏、水敏、鹽敏、堿敏、酸敏等敏感程度。通過系統(tǒng)流體流動(dòng)評價(jià)，找出與該地層相配伍流體，通過綜合研究提出鉆井、完井、增產(chǎn)辦法設(shè)計(jì)和提議。 第55頁第55頁敏感性評價(jià)試驗(yàn)流程圖如圖4-5-3所表示。圖4-5-3

33、 敏感性評價(jià)試驗(yàn)流程1. 煤油瓶；2. 恒速泵；3. 中間容器；4. 過濾器；5. 壓力表；6. 六通閥；7. 巖心夾持器；8. 計(jì)量筒；9. 圍壓泵第56頁第56頁 1.流速敏感性評價(jià)試驗(yàn)圖4-5-4 速度敏感性評價(jià)圖 大量試驗(yàn)證實(shí)，微粒運(yùn)移程度隨巖石中流體流動(dòng)速度增加而加劇。但不同巖石中微粒，對速度增加反應(yīng)不同，有反應(yīng)甚微，此巖石對速度不敏感。反之，當(dāng)流體流速增大時(shí)，則表現(xiàn)出滲透率顯著下降。因此，把注入（或產(chǎn)出）流體流速逐步增大到某一數(shù)值而引發(fā)滲透率下降時(shí)流動(dòng)速度，稱為該巖石臨界流速（見圖4-5-4）。 第57頁第57頁 臨界流速是油、水井生產(chǎn)時(shí)允許最高產(chǎn)量和最大日注水量以及室內(nèi)進(jìn)行其它流

34、動(dòng)試驗(yàn)依據(jù)。 試驗(yàn)原理： 按一定流量等級，以不同注入速度向巖心注入地層水，在各個(gè)注入速度下測定巖心在此注入速度下滲透率，從注入速度與滲透率改變曲線上，判斷巖石對流速敏感性，并找出該巖石臨界速度。 第58頁第58頁 2.水敏性評價(jià)試驗(yàn) 美國學(xué)者摩爾指出，普通油層中含粘土1%5%是最好儲層，若含粘土量達(dá)5%20%則儲層性能較差，尤其是含水敏性粘土，則完全也許把油層孔道堵死。 地層條件下，粘土礦物與地層水處于相對平衡狀態(tài)，當(dāng)其與礦化度較小外來流體接觸時(shí)，粘土便產(chǎn)生膨脹，使巖石滲入率減少。 當(dāng)?shù)貙优c不配伍外來流體接觸時(shí)，引起粘土膨脹、分散、運(yùn)移而造成滲入率下降現(xiàn)象稱為水敏。因此，水敏性評價(jià)試驗(yàn)?zāi)康木驮?/p>

35、于理解這一膨脹、分散、運(yùn)移過程以及最后使地層滲入率下降程度。第59頁第59頁 試驗(yàn)時(shí)，先用地層水流過巖心，再用礦化度為地層水二分之一鹽水（稱次地層水）流過巖心，最后用蒸餾水通過，測定在這三種礦化度下巖心滲入率數(shù)值大小，以此判斷巖心水敏程度（見圖4-5-5）。 圖4-5-5 水敏滲入率改變曲線第60頁第60頁 依據(jù)試驗(yàn)前所測巖心克氏滲入率K以及巖心在蒸餾水下滲入率Kw，可得到水敏指數(shù)Kw/K。依據(jù)表4-5-2提供判斷原則擬定巖心水敏程度。第61頁第61頁 如得到某一儲層較多巖心Kw和K值，則或?qū)⑵渲迭c(diǎn)在lgKwlgK上（圖4-5-6），圖4-5-6 水敏區(qū)域圖，從圖中點(diǎn)子主要分布位置，來判斷該儲

36、層水敏程度。圖4-5-6 水敏區(qū)域圖第62頁第62頁 試驗(yàn)表明，對于水敏性地層，伴隨鹽度下降，粘土礦物晶層擴(kuò)張?jiān)龃螅蛎浽鲩L，地層滲入率則不斷下降。因此，鹽敏評價(jià)試驗(yàn)?zāi)康木褪抢斫獾貙訋r心在入井工作液礦化度不斷下降或現(xiàn)場使用低礦化度鹽水時(shí)，其滲入率改變過程，從而找出滲入率明顯下來臨界礦化度（見圖4-5-7）。 圖4-5-7 鹽敏試驗(yàn)曲線3.鹽度評價(jià)試驗(yàn) 第63頁第63頁4.堿敏性評價(jià)試驗(yàn) 地層水pH值普通呈中性或弱堿性，而大多數(shù)鉆井液和水泥漿pH值在812之間，當(dāng)高pH流體進(jìn)入油氣層后，將造成油氣層中粘土礦物和硅質(zhì)膠結(jié)物結(jié)構(gòu)破壞（主要是粘土礦物解理和膠圖4-5-7 鹽敏試驗(yàn)曲線結(jié)物溶解后釋放顆粒

37、），從而造成油氣層堵塞損害。另外，大量氫氧根與一些二價(jià)陽離子結(jié)合后會生成不溶物，也會造成油氣層堵塞損害。因此，堿敏評價(jià)試驗(yàn)是找出堿敏發(fā)生臨界pH值，以及由堿敏引起油氣層損害程度，為各類工作液設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 第64頁第64頁 經(jīng)過注入不同pH值（由低到高）地層水并測定其滲透率，依據(jù)滲透率改變來評價(jià)堿敏損害程度。 1）從地層水pH值開始，逐層升高pH值，最終一級pH值可定為12。 2）每一級pH值地層水替換完成后，需浸泡2024h，然后在低于臨界流速條件下，用該級鹽水測定巖心穩(wěn)定滲透率K1，直到最終一級鹽水。 第65頁第65頁5.酸敏性評價(jià)試驗(yàn) 在酸化作業(yè)中，對不同地層，應(yīng)有不同酸液酸方。假如配方

38、不適當(dāng)或辦法不妥，不但不會改進(jìn)地層情況，反而會使地層受到二次傷害，影響辦法效果，使產(chǎn)量深入降低，嚴(yán)重時(shí)，還可能沒有產(chǎn)量。 第66頁第66頁 酸敏性評價(jià)試驗(yàn)?zāi)康?，就是為了評價(jià)擬用于酸化酸液是否會對地層產(chǎn)生傷害以及傷害程度，以便優(yōu)選酸液配方，尋求更為有效酸化處理辦法。 酸敏是指酸化液進(jìn)入地層后與地層中酸敏礦物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生凝膠或沉淀或釋放出微粒，使地層滲入率下降現(xiàn)象。 酸敏性評價(jià)時(shí)，首先測定注酸前滲入率，然后向巖心注入0.51.0孔隙體積酸液，模擬關(guān)井停注等待酸巖反應(yīng)，模擬開井返排殘酸，再測定巖心注酸前后滲入率，最后對其作出評價(jià) 第67頁第67頁第六節(jié) 巖石力學(xué)性質(zhì) 一、概述 巖石是多孔介質(zhì)，當(dāng)其

39、處于外部應(yīng)力作用下將會產(chǎn)生彈性變形，巖石抵抗形變性質(zhì)則稱為巖石力學(xué)性質(zhì)。 巖石力學(xué)特性參數(shù)包括： 彈性特性：包括巖石和各種彈性模量、剛度系數(shù)和泊松比等； 強(qiáng)度特性：包括巖石各種強(qiáng)度、內(nèi)聚力和內(nèi)磨擦角等。第68頁第68頁 油氣田開發(fā)過程中，由于地層壓力減少，巖石力學(xué)性質(zhì)也隨之產(chǎn)生改變，研究巖石力學(xué)性質(zhì)改變規(guī)律，從而為巖石破碎、井眼穩(wěn)定、地層破裂壓力預(yù)測、油層套管外載荷計(jì)算及設(shè)計(jì)，油氣田開發(fā)方案制定，油氣井防砂，油氣井水力壓裂，地應(yīng)力預(yù)測等石油勘探開發(fā)研究提供準(zhǔn)確基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。第69頁第69頁二、巖石力學(xué)參數(shù)應(yīng)用 當(dāng)前與油氣田開發(fā)相關(guān)巖石力學(xué)理論，主要應(yīng)用于鉆、完井工程、油氣田開發(fā)和油氣藏工程等領(lǐng)域，

40、 在以上眾多研究方向上，油氣田開發(fā)過程中巖石力學(xué)參數(shù)求取及改變規(guī)律、油氣儲層流固耦合理論、水力壓裂、地應(yīng)力測試技術(shù)和流固耦合油氣藏?cái)?shù)值模擬理論以及這些理論辦法在油氣田開發(fā)中應(yīng)用等都是當(dāng)前國內(nèi)外研究前緣課題。 第70頁第70頁三、地層條件下巖石力學(xué)參數(shù)測試設(shè)備 當(dāng)前國內(nèi)巖石力學(xué)參數(shù)測試多數(shù)是在地面條件下進(jìn)行，也有定型產(chǎn)品，但適合用于地層條件下樣品測試設(shè)備多為自行設(shè)計(jì)加工而成，其使用和操作都不以便，精度也受到限制。 成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點(diǎn)試驗(yàn)室設(shè)計(jì)通過國際招標(biāo)由美國MTS公司生產(chǎn)當(dāng)今國際上第一臺能夠在地層條件下（常溫200）0140MPa圍壓；孔隙壓力070MPa；軸壓：01000kN）同時(shí)動(dòng)態(tài)測試油氣儲層巖石力學(xué)參數(shù)（靜態(tài)楊氏模量、泊松比、抗壓強(qiáng)度等）、儲層物性參數(shù)（孔隙度、滲入率）和聲波速度（P波和S1，S2波）“巖石物理參數(shù)自動(dòng)測試系統(tǒng)”，能夠測試絕大部分油氣儲層在6km以內(nèi)深度物性參數(shù)。 第71頁第